当前,国内纯电动汽车在市场上所占份额逐年增长,纯电动汽车在开启空调后电量急剧减少,尤其在冬季空调制热会消耗整车1/3左右的电量。因此开发新型高效、环保的纯电动汽车空调是克服纯电动汽车电池续航里程短的重要课题之一。本文提出一种基于逆斯特林循环原理的空调系统方案,为了验证系统的可行性与稳定性对其展开了以下研究:设计加工完成了一种自由活塞式斯特林样机,在满足设计需求的基础上得到了结构参数与初始运行条件。对样机的总体结构及其关键部件进行了阐述,并从原理上分析了在同一斯特林样机上实现制热与制冷的可行性。采用一种泵循式热量传递方式在斯特林样机上搭建一套空调系统,可以实现制冷与制热的切换。采用CFD的方法对斯特林样机进行了运行模拟,验证了不同工作环境下斯特林样机用于制冷与制热的可行性。在样机结构的基础上进行模型简化,利用动网格技术来定义活塞的运动。通过瞬态分析研究得出了制热与制冷两种状态下样机内部的温度、压力、速度的变化特征,斯特林样机内工作温度在不同环境下都能维持稳定,压力变化也具有一定的规律性,从速度变化上得到内部扰动点为后续结构改进提供理论支撑。分别对配气活塞与动力活塞进行了受力情况分析,并建立了活塞振动系统的动力学方程。基于旋转矢量法得出各个力之间的矢量关系,推导出了活塞系统稳定运行所需要的电磁驱动力、气体力、背压腔压力、板弹簧数目等基本条件,从而使动力活塞与配气活塞维持恒定的相位变化且达到动态平衡。对比了现有回热器中存在的几种重要损失,完成了适用于空调温区下的新型回热器设计。通过建立三维局部模型对内部换热特性进行了分析,并得到了速度与压降之间的关系。在多孔介质模型上对回热器进行了整体分析,经过对比单向流下不同长径比的回热器温度分布与换热量,选取了合适的长径比。在振荡条件下对回热器进行分析,得出回热器一段时间后可以达到平稳状态。搭建了单向流实验系统,对新型回热器进行了热吹与冷吹实验。在相同入口条件下对实验与仿真的数据进行对比,验证了仿真的正确性。对自由活塞斯特林样机进行了装配与调试,并在样机的基础上构建空调的外部循环系统。综上所述,本文基于逆斯特林循环原理,提出了一种可以实现冷热切换的纯电动汽车空调方案。对斯特林样机在制冷与制热状态下分别进行了仿真分析,得出在近似的工作条件下两种状态都具有一定效果;研究得出了斯特林样机稳定的相位变化基本条件;完成了回热器的结构改进,通过仿真与实验验证了该回热器具有一定的优势,为应用于空调温区下的回热器提供理论支撑。对逆斯特林循环应用于纯电动汽车空调具有一定的指导意义。